(57)【要約】【課題】車体傾斜動作時の空気消費量を少なくすることにより、空気供給系統を小型化し、安価でエネルギー効率をよくする。【解決手段】台車３の枕木方向両側に各２個充て空気バネ５ＬＯ，５ＬＩ，５ＲＯ，５ＲＩを配置し、車体傾斜動作時に、曲線路外側となる右側の空気バネのうち外側の空気バネ５ＲＯに給気し、曲線路内側となる左側の空気バネのうち外側の空気バネ５ＬＯから排気するとともに、右内側の空気バネ５ＲＩと左内側の空気バネ５ＬＩとを連通させ、右側の空気バネ５ＲＯ，５ＲＩを高く、左側の空気バネ５ＬＯ，５ＬＩを低くして車体を傾斜させる車体傾斜制御装置３０を備えた。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
台車の枕木方向両側に配置した空気バネにて車体を支持し、車体傾斜動作時に、曲線路外側となる空気バネに給気して該空気バネを高くし、曲線路内側となる空気バネから排気して該空気バネを低くして車体を傾斜させる鉄道車両の車体傾斜装置において、前記空気バネを、台車の枕木方向両側に各２個充て、枕木方向又はレール方向に並列に配置し、車体傾斜動作時に、曲線路外側となる空気バネのうちのいずれか一方に給気し、曲線路内側となる空気バネのうちのいずれか一方から排気するとともに、曲線路外側となる空気バネのうちのいずれか他方と曲線路内側となる空気バネのうちのいずれか他方とを連通させ、曲線路外側となる空気バネを高く曲線路内側となる空気バネを低くして車体を傾斜させる車体傾斜制御装置を備えたことを特徴とする鉄道車両の車体傾斜装置。
【請求項２】
台車の枕木方向両側に配置した空気バネにて車体を支持し、車体傾斜動作時に、曲線路外側となる空気バネに給気して該空気バネを高くし、曲線路内側となる空気バネから排気して該空気バネを低くして車体を傾斜させる鉄道車両の車体傾斜装置において、前記各空気バネ内を二室に仕切り、それぞれの空気室に個別に給排気可能な空気流路を設け、車体傾斜動作時に、曲線路外側となる空気バネのいずれか一室に給気し、曲線路内側となる空気バネのいずれか一室から排気するとともに、曲線路外側となる空気バネのうちのいずれか他室と曲線路内側となる空気バネのうちのいずれか他室とを連通させ、曲線路外側となる空気バネを高く曲線路内側となる空気バネを低くして車体を傾斜させる車体傾斜制御装置を備えたことを特徴とする鉄道車両の車体傾斜装置。
【請求項３】
前記各空気バネは、内外二室に仕切られていることを特徴とする請求項２記載の鉄道車両の車体傾斜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、曲線路走行時に、左右の空気バネ高さを変えることによって車体を曲線路内側に傾斜させて、速度の向上と乗り心地の改善を図った鉄道車両の車体傾斜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車体傾斜装置として、台車の枕木方向両側にそれぞれ１個の空気バネを配置し、両空気バネにて車体を支持し、車体傾斜動作時に、車体傾斜制御装置が曲線路の形状データと走行速度から必要な車体傾斜角度を演算し、電磁弁等を作動させて、曲線路外側の空気バネに給気して該空気バネを高くするとともに、曲線路内側の空気バネから排気して該空気バネを低くして車体を傾斜させるものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭４７−４１１６５号公報（第１〜３頁、図１、２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の空気バネには、受圧面積の関係から大型ダイヤフラム空気バネや大径の多段ダイヤフラム式空気バネが採用されているが、これらの空気バネは、車体傾斜動作時の空気消費量が多いため、車載のコンプレッサ容量及び個数並びに空気溜めタンク容量及び個数を大きく設定する必要がある。また、傾斜動作の応答性を高めるため、大容量の圧縮空気を供給できるように、圧損の小さい大型の弁・大口径の配管等が必要となり、重量増、消費電力増、コストの上昇等の問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、車体傾斜動作時の空気消費量を少なくすることにより、空気供給系統を小型化し、安価でエネルギー効率のよい鉄道車両の車体傾斜装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明は、台車の枕木方向両側に配置した空気バネにて車体を支持し、車体傾斜動作時に、曲線路外側となる空気バネに給気して該空気バネを高くし、曲線路内側となる空気バネから排気して該空気バネを低くして車体を傾斜させる鉄道車両の車体傾斜装置において、第１の手段は、前記空気バネを、台車の枕木方向両側に各２個充て、枕木方向又はレール方向に並列に配置し、車体傾斜動作時に、曲線路外側となる空気バネのうちのいずれか一方に給気し、曲線路内側となる空気バネのうちのいずれか一方から排気するとともに、曲線路外側となる空気バネのうちのいずれか他方と曲線路内側となる空気バネのうちのいずれか他方とを連通させ、曲線路外側となる空気バネを高く曲線路内側となる空気バネを低くして車体を傾斜させる車体傾斜制御装置を備えたことを特徴とし、第２の手段は、前記各空気バネ内を二室に仕切り、それぞれの空気室に個別に給排気可能な空気流路を設け、車体傾斜動作時に、曲線路外側となる空気バネのいずれか一室に給気し、曲線路内側となる空気バネのいずれか一室から排気するとともに、曲線路外側となる空気バネのうちのいずれか他室と曲線路内側となる空気バネのうちのいずれか他室とを連通させ、曲線路外側となる空気バネを高く曲線路内側となる空気バネを低くして車体を傾斜させる車体傾斜制御装置を備えたことを特徴としている。また、第２の手段において、前記各空気バネは、内外二室に仕切られていることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示される実施形態例に基づいて説明する。図１乃至図５は本発明の第１実施形態例を示すもので、以下、数字の後の「Ｌ」は図において左側に、「Ｒ」は右側に配置されたものを示す。軌道１を走行する車輪２を備えた台車３には、台車枠４の枕木方向両側に各２個充て、すなわち、左側に２個の空気バネ５ＬＯ，５ＬＩが、右側に２個の空気バネ５ＲＯ，５ＲＩ（Ｏは外側、Ｉは内側）が配置され、該空気バネ５ＬＯ，５ＬＩ，５ＲＯ，５ＲＩにて車体６が支持されている。
【０００８】
各空気バネ５ＬＯ，５ＬＩ，５ＲＯ，５ＲＩＲは、同一の構成で、２個一組合計でそれぞれ目的とする有効受圧面積となるように、従来使用されていた多段ダイヤフラム式空気バネよりも小径に設計されている。各空気バネ５１Ｌ，５２Ｌ，５１Ｒ，５２Ｒは、台車枠４に積層ゴム７を介して取り付けられるバネ座８と車体６を支持する上面板９との間に、ダイヤフラム式ゴムベローズ１０をリング部材１１により折り曲げて膜長を稼いだ多段ダイヤフラム式空気バネで、上面板９の中央には給排気口１２が設けられ、台車枠６内の補助空気溜めタンク１３への連通孔１４は、パンク時スリ板１５を貫通して開口している。
【０００９】
台車３と車体６との間には、乗客の乗り降りによる荷重の変動及び走行中の荷重の変動により空気バネ５ＬＯ，５ＬＩ，５ＲＯ，５ＲＩが変化するのに対して車高を一定にするために、各空気バネ５ＬＯ，５ＬＩ，５ＲＯ，５ＲＩ内の圧力空気を給排する高さ調整機構として、高さ調整棒１６Ｌ，１６Ｒと高さ調整弁１７Ｌ，１７Ｒとが設けられている。高さ調整棒１６Ｌ，１６Ｒの上部には空気シリンダ１８Ｌ，１８Ｒがそれぞれ設けられ、各空気シリンダ１８Ｌ，１８Ｒのピストンロッド１９Ｌ，１９Ｒの上端は、前記高さ調整弁１７Ｌ，１７Ｒの開閉操作部である弁棒２０を回動する梃子２１Ｌ，２１Ｒにそれぞれ連結されている。
【００１０】
高さ調整弁１７Ｌ，１７Ｒには、空気源としてコンプレッサ２２で発生させた圧縮空気を貯留する元空気溜めタンク２３からの空気供給流路２４Ｌ，２４Ｒがそれぞれ接続されている。高さ調整弁１７Ｌと空気バネ５ＬＯ，５ＬＩの各給排気口１２との間には、電磁弁２５Ｌを備えた車高調整空気流路２６Ｌが、また、高さ調整弁１７Ｒと空気バネ５ＲＯ，５ＲＩの各給排気口１２との間には、電磁弁２５Ｒを備えた車高調整空気流路２６Ｒがそれぞれ接続されている。電磁弁２５Ｌ，２５Ｒは、付設されたバネ２５ａによって常時開状態にされている。
【００１１】
この高さ調整機構は、荷重の変動に伴う台車３と車体６との距離の変化によって、高さ調整棒１６Ｌ，１６Ｒのピストンロッド１９Ｌ，１９Ｒの上端の位置が変動することにより、梃子２１Ｌ，２１Ｒが回動して高さ調整弁１７Ｌ，１７Ｒを操作して元空気溜めタンク２３から空気バネ５ＬＯ，５ＬＩ，５ＲＯ，５ＲＩへの空気の給排を制御して車高を一定にする。すなわち、車体６の荷重の増加によって車体６が沈み込むと、ピストンロッド１９Ｌ，１９Ｒの上端位置が高くなり、梃子２１Ｌ，２１Ｒが水平状態から上方へ回動し、元空気溜めタンク２３から圧縮空気が空気バネ５ＬＯ，５ＬＩ，５ＲＯ，５ＲＩへ給気されて、空気バネ５ＬＯ，５ＬＩ，５ＲＯ，５ＲＩが膨らんで車体６を高くし、梃子２１Ｌ，２１Ｒが水平状態になると給気が停止される。また、車体６が上昇した場合は、ピストンロッド１９Ｌ，１９Ｒの上端位置が低くなり、梃子２１Ｌ，２１Ｒが水平状態から下方へ回動し、空気バネ５ＬＯ，５ＬＩ，５ＲＯ，５ＲＩ中の圧縮空気が高さ調整弁１７Ｌ，１７Ｒから排気され、梃子２１Ｌ，２１Ｒが水平状態になると排気が停止される。
【００１２】
前記空気シリンダ１８Ｌ，１８Ｒは、ピストンロッド１９Ｌ，１９Ｒの戻しバネ１８ａをそれぞれ内蔵し、シリンダ室１８ｂには、前記空気供給流路２４Ｌ，２４Ｒからそれぞれ分岐して電磁比例制御弁２７Ｌ，２７Ｒを経由する空気供給流路２８Ｌ，２８Ｒが接続され、車体傾斜制御装置３０からの指令によって作動する電磁比例制御弁２７Ｌ，２７Ｒを介して元空気溜めタンク２３から圧縮空気が供給され、シリンダ室１８ｂ内の空気圧又は空気量を調整して目的の高さに制御される。
【００１３】
車体傾斜制御装置３０は、地点情報検知部３１、線路データ記憶部３２、異常診断部３３及び傾斜制御部３４で構成され、地点情報検知部３１には、車速の検出及び走行路線の一定キロ毎に置されたデポ地上子３５からの地点情報を受信する車速・デポ検出器３６が接続されている。また、異常診断部３３及びに傾斜制御部３４は、車体傾斜動作時に、著大な車体ロールによる左右Ｇが発生した場合に、高さ調整棒１８Ｌ，１８Ｒの長さ（すなわち、空気バネ高さ）情報信号を受信するための電気回路３７Ｌ，３７Ｒが接続されている。
【００１４】
傾斜制御部３４には、前記電磁比例制御弁２７Ｌ，２７Ｒが電気回路３８Ｌ，３８Ｒにて接続されるとともに、車体傾斜動作時に空気バネ５ＬＩ，５ＲＩを連通させる傾斜電磁弁３９が電気回路４０にて接続されている。この傾斜電磁弁３９は、付設されたバネ３９ａによって常時閉状態にされており、該傾斜電磁弁３９から前記電磁弁２５Ｌ，２５Ｒへ直列の電気回路４１が接続されている。これにより、車体傾斜動作時に、傾斜電磁弁３９、電磁弁２５Ｌ，２５Ｒのどれか１つでも断線した場合は、すべての電磁弁がバネ側回路になって、フェイルセーフ性を確保できる。また、車体傾斜動作時に、著大な車体ロールによる左右Ｇが発生した場合には、車体床面左右Ｇを検知して電磁弁２５Ｌ，２５Ｒ及び電磁弁３９の通電を解除して、全空気バネ５ＬＯ，５ＬＩ，５ＲＯ，５ＲＩにて車体６のロールを保持できる状態に速やかに復帰するようになっている。なお、傾斜電磁弁３９、電磁弁２５Ｌ，２５Ｒをエアーオペレート弁にし、電気回路４０，４１に代えて、エアーオペレート弁用オペレート空気管としてもよい。
【００１５】
次に、このように構成された車体傾斜制御装置３０による車体傾斜動作について説明する。車体傾斜制御装置３０は、走行開始と同時にスタンバイ上昇を開始し、システムの健全性をチェックする。走行時に曲線路手前の入り口緩和曲線に接近したことを地上からの信号にて地点情報検知部３１が検知すると、例えば、図３に示されるように、車体６を左に傾斜させる場合には、傾斜制御部３４が電磁比例制御弁２７Ｒに空気シリンダ１８Ｒのピストンロッド１９Ｒを伸張させる指令を出力するとともに、電磁比例制御弁２７Ｌに空気シリンダ１８Ｌのピストンロッド１９Ｌを縮小させる指令を出力し、同時に、電磁弁２５Ｌ，２５Ｒを閉じるとともに電磁弁３９を開く指令を出力する。
【００１６】
これにより、右外側の空気バネ５ＲＯに圧縮空気が給気されるとともに、左外側の空気バネ５ＬＯの圧縮空気が高さ調整弁１７Ｌから排気され、右内側の空気バネ５ＲＩと左内側の空気バネ５ＬＩとが連通し、車体傾斜動作が始まる。異常診断部３３に車体ロール異常発生の信号がなければ、さらに給気と排気が続けられ、右側の空気バネ５ＲＯ，５ＲＩの圧力が高くなって空気バネ５ＲＯ，５ＲＩが上方へ伸張し、一方、左側の空気バネ５ＬＯ，５ＬＩの圧力は低くなって空気バネ５ＬＯ，５ＬＩが下方へ縮小して車体６が左に傾斜する。線路データ記憶部３２のデータに基づき車体６の傾斜が所定の角度に達したら、傾斜制御部３４が電磁弁３９を閉じるとともに電磁弁２５Ｌ，２５Ｒを開いて傾斜角度を維持して曲線路を走行する。
【００１７】
そして、曲線路出口緩和曲線に接近したことを地上からの信号にて地点情報検知部３１が検知すると、傾斜制御部３４が電磁比例制御弁２７Ｒに空気シリンダ１８Ｒのピストンロッド１９Ｒを縮小させる指令を出力するとともに、電磁比例制御弁２７Ｌに空気シリンダ１８Ｌのピストンロッド１９Ｌを伸張させる指令を出力し、同時に、電磁弁２５Ｌ，２５Ｒを閉じるとともに電磁弁３９を開く指令を出力し、右外側の空気バネ５ＲＯから排気し、左外側の空気バネ５ＬＯに給気して傾斜復帰動作を始め、車体ロール異常の発生がなければ、排気と給気を続けて復帰動作を完了し、電磁弁３９を閉じるとともに電磁弁２５Ｌ，２５Ｒを開いて車体６を水平にする。また、車体６を右側に傾斜させる場合は逆の操作をする。なお、内側の空気バネ５ＬＩ，５ＲＩの一方へ給気他方から排気してもよく、この場合には、外側の空気バネ５ＬＯ，５ＲＯを連通させる。また、右外側の空気バネ５ＲＯに給気、左内側の空気バネ５ＬＩから排気させ、右内側の空気バネ５ＲＩと左外側の空気バネ５ＬＯとを連通させてもよく、逆に、右内側の空気バネ５ＲＩに給気、左外側の空気バネ５ＬＯから排気させ、右外側の空気バネ５ＲＯと左内側の空気バネ５ＬＩとを連通させてもよい。
【００１８】
このように、従来よりも小径に形成された空気バネの１つに給気するから、例えば、従来２度傾斜に必要な空気消費量で４度の傾斜が可能となり、空気消費量が少なくなって、空気供給系統を小型化でき、ランニングコストを抑えエネルギー効率のよい車体傾斜装置とすることができる。
【００１９】
図７乃至図９は本発明の第２実施形態例を示すもので、本実施形態例は、片側２個１組の空気バネをそれぞれレール方向に並列に配置したものである。このため、空気バネの符号を５ＬＦ，５ＬＢ，５ＲＦ，５ＲＢ（Ｆは前、Ｂは後）とし、それ以外の前記第１実施形態例と同一要素には同一の符号を付して説明する。車体６は、台車枠４の枕木方向両側に各２個充てレール方向に並列に配置された空気バネ５ＬＦ，５ＬＢ，５ＲＦ，５ＲＢに支持されている。この構成でも、前記第１実施形態例と同様の車体傾斜制御回路により、車体傾斜動作時に、曲線路外側となる空気バネのいずれか一方に給気し、曲線路内側となるいずれか一方から排気し、残りの空気バネ同士を連通させることで車体６を傾斜させることができる。
【００２０】
図１０乃至図１２は本発明の第３実施形態例を示すもので、台車３の台車枠４の枕木方向両側に設けられて車体６を支持する空気バネ５０Ｌ，５０Ｒは、それぞれ内外二つの空気室５１，５２を有している。内側の空気室５１には、ダイヤフラム式ゴムベローズ５３をリング部材５４により折り曲げて膜長を稼いだ多段ダイヤフラム式空気バネが、外側の空気室５２には、大径ダイヤフラム式空気バネがそれぞれ用いられ、両者の合計で目的とする有効受圧面積となるように設計されている。
【００２１】
内側空気室５１には、空気流路が接続される給排気口５５が上面板５６の中央に設けられ、台車枠４内の補助空気溜めタンク５７への連通孔５８は、バネ座５９に設けられたパンク時スリ板６０を貫通して形成されている。外側空気室５２には、上面板５６の一側に空気流路が接続される給排気口６１が開設されている。
【００２２】
この構成でも、前記第１実施形態例と同様の車体傾斜制御回路により、車体傾斜動作時に、例えば図１１に示されるように、曲線路外側となる右側の空気バネ５０Ｒの外側空気室５２に給気するとともに、曲線路内側となる左側の空気バネ５０Ｌの外側空気室５２から排気し、右側の空気バネ５０Ｒの内側空気室５１と左側の空気バネ５０Ｌの内側空気室５１とを連通させることで車体６を左側に傾斜させることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、例えば、従来２度の傾斜に要していた空気消費量で４度の傾斜が可能となり、車体傾斜動作時の空気消費量を少なくすることにより、車載のコンプレッサ容量及び個数の低減、配管系統のサイズダウンができ、車両の軽量化が図れる。また、コンプレッサ容量及び稼働減による車両のイニシャル及びランニングコストの低減、給排気騒音の低減が図れ、さらに、圧縮空気流量減により配管圧損が小さく車体傾斜及び復帰時の応答性がよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例の車体傾斜制御装置の回路図
【図２】同じく車体水平状態の概略図
【図３】同じく車体傾斜状態の概略図
【図４】同じく空気バネの配置を示す台車の平面図
【図５】同じく空気バネの断面図
【図６】車体傾斜制御装置の作動を示すフロー図
【図７】第２実施形態例の空気バネの配置を示す台車の平面図
【図８】同じく車体水平状態の側面図
【図９】同じく車体傾斜状態の側面図
【図１０】第３実施形態例の空気バネの断面図
【図１１】同じく車体水平状態の概略図
【図１２】同じく車体傾斜状態の概略図
【符号の説明】
１…軌道、２…車輪、３…台車、４…台車枠、５ＬＯ，５ＬＩ，５ＲＯ，５ＲＩ，５ＬＦ，５ＬＢ，５ＲＦ，５ＲＢ…空気バネ、６…車体、１６Ｌ，１６Ｒ…高さ調整棒、１７Ｌ，１７Ｒ…高さ調整弁、１８Ｌ，１８Ｒ…空気シリンダ、１９Ｌ，１９Ｒ…ピストンロッド、２１Ｌ，２１Ｒ…梃子、２２…コンプレッサ、２３…元空気溜め、２５Ｌ，２５Ｒ…電磁弁、３０…車体傾斜制御装置、３１…地点情報検知部、３２…線路データ記憶部、３３…異常診断部、３４…傾斜制御部、３９…電磁弁、５０Ｌ，５０Ｒ…空気バネ、５１…内側空気室、５２…外側空気室、５５…内側空気室の給排気口、６１…外側空気室の給排気口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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